众所周知，白云岩的形成机理是碳酸盐岩岩石学中最复杂、争论时间最久而又难以解决的问题之一。白云岩化形成有两个主要控制因素：① Mg²⁺来源、主要有来自天然盐卤、粘土矿物转化、间隙水和岩浆期后热液或变质热流体；②白云化流体进入与交代碳酸盐岩的过程。浓缩的盐水与海水稀释、温度提高；石膏还原成硫化氢、硫酸铁和硫、降低SO₄^2-含量或石膏沉淀, 白云岩化易在高碱度, 高PH和CO₃^2-比HCO₃^-占优势的溶液中进行。

前人对塔里木盆地西北缘阿克苏-柯坪地区以及塔里木盆地寒武系至奥陶系白云岩类型、成岩作用过程、孔隙发育演化、流体来源、储层发育的主控因素与油气勘探潜力等进行了一系列研究(郑和荣等, 2007；张学丰等, 2008；陈代钊, 2008；吴仕强等, 2008；张军涛等, 2008, 2011；潘文庆等, 2009；陈永权等, 2009；孟祥豪等, 2009；朱东亚等, 2010；郑剑锋等, 2011)。近年来, 又陆续报道了对塔东地区已钻遇探井中的震旦系至寒武系白云岩的研究(刘永福等, 2008；马锋等, 2009；金振奎和余宽宏, 2011)；提出了深部埋藏或热液白云岩与岩浆期后热流体或断裂相关的热卤水相关活动的证据与有关认识；但未见对塔东北库鲁克塔格寒武系白云岩及其流体性质有关研究的报道。

加拿大西部盆地(下简称西加盆地)的中寒武统Edron组和中泥盆统的Sulphur point组与热液有关(MTV)的白云岩储集体是国际上近期研究的热点之一。一批学者开展了较为系统深入研究(Bruce and Karlis, 1994；Symons and Lewchuk, 1998；Lonnee and Al-aasm, 2000；Al-Aasm, 2003；Braithwaite et al., 2004；Green and Mountjoy, 2005；Lavoie et al., 2005；Lavoie and Chi, 2010；Fu et al., 2006；Friedman, 2007；Graham and Langhorne, 2007；Azmy et al., 2009；Wendte et al., 2009)。尤其是2004年Braithwaite等主编的“The Geometry and Petrogenesis of Dolomite Hydrocarbon Reservoirs”和2006年AAPG“热液白云岩”专辑详述热液白云岩的岩石类型、特殊的斑马-角砾状结构、MTV标型矿物组合、较高的成岩温度(一般为100~180℃至220℃±)或稍高或较高的盐度(一般为10%±NaCleqv或至23%NaCleqv), 与同期海水相比, 具有中等的放射性⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、负偏的δ¹⁸O、δ¹³C同位素特征；而晚白垩世至古近系Laramide (拉腊米)落基山的褶皱-冲断造山带中被排驱的流体是热液白云岩形成的主要来源等认识。

本文在塔东北的库鲁克塔格隆起上的乌里格孜塔格剖面的中上寒武统白云岩(热液白云岩为主)和西加盆地典型的中寒武统惠而浦(Whirlpool point))热液白云岩剖面的岩石学、成岩作用对比研究的基础上, 通过对矿物岩石组成、碳氧同位素、锶同位素、流体包裹体等特征的系统研究, 深化对以下问题的认识：①塔东北与西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面寒武系白云岩及热液白云岩特征相似、拟或不同？②白云岩化的流体是深部岩浆期后的热液带入还是地层体系内衍生演化？

在塔里木盆地东北缘的库鲁克塔格山的莫合山、乌里格孜塔格、辛格尔等剖面(图 1a), 出露的中、上寒武统莫合山组-突尔沙克塔格组, 发育了似“侵入体”热液白云石(脉)与基质白云岩(图 1b, c)。乌里格孜塔格的中寒武统剖面位于塔里木盆地东北部的库鲁克塔格山系的的兴地断裂以北(图 1), 对剖面的详细地质描述见文(钱一雄等, 2012)。

图 1

Fig. 1

图 1 塔东北库鲁克塔格中东部地质简图(a, 据新疆地矿局, 2002①)、综合地层柱状图(b)及剖面与部分采样示意图(c) Fig. 1 Schematic geological diagram (a) and the stratigraphy of Cambrian (b), geological outcrops and location of sampling (c) from Wuzilitaga outcrop, Kuluketage mountains, Northeast Tarim basin

①新疆地矿局.2002. 1︰50万新疆维吾尔自治区地质图(电子版)

惠而浦(Whirlpool point)剖面的中寒武统Eldon组基质白云岩和斑马纹-角砾状鞍形白云石位于去碧玉(Jasper)加拿大国家公园的戴维-汤普森(David Thompson), 高速公路去萨斯喀彻温河(Saskatchewan)岔路向西约50km处(图 2a)。沿公路的剖面长约100m、高约10~30m (图 2b, c)。其中, 基质白云岩由灰色似层状粉细晶白云岩构成；热液白云岩具有斑点、斑块、条纹、鬃毛状、条带、树枝状、(雁行状)斑马、角砾状和不规则状等构造(黄棕色与黄色, 图 2b, c)；详细描述见文(钱一雄等, 2012)。

图 2

Fig. 2

图 2 研究区剖面位置(a)、西加盆地惠而浦(Whirlpool point)中寒武统Eldon组剖面及其斑马纹-角砾状热液白云岩(HTD)(b, c)示意图 Fig. 2 Schematic diagram for location (a) and zebra fabrics-local breccia of hydrothermal dolomites (HTD) of the Middle Cambrian Eldon Formation at Whirlpool point in the Western Canada Sedimentary Basin (b, c)

本次研究共采集各类样品33件。其中, 9件为惠而浦(Whirlpool point)；24件来自于乌里格孜塔格剖面。薄片由合肥工业大学资环学院王道轩教授鉴定完成, 铸体及白云石有序度分析由成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室完成。有序度分析使用仪器为D/max-2500型x射线衍射仪, 阴极发光分析是在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室完成、仪器为BLM-3RX型阴极发光仪。流体包裹体是在中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所测试中心完成。

微量元素：由中国地质科学研究院地球物理地球化学研究完成。所用仪器为ICP, 常量元素分析误差小于0.1%；微量元素(包括稀土)为±1×10^-6。

碳氧稳定同位素：由国家地质实验测试中心矿床所完成, 采用McCrea (1950)100%正磷酸法和Finngan-MAT252气体质谱仪, 分析精度±0.2‰。首先将样品置温箱中烘干, 然后在真空中与100%的正磷酸反应, 平衡温度50℃, 平衡时间24h。CO₂气体的碳、氧同位素测定由质谱计MAT251EM；国际标准V-SMOW, 分析精度±0.2‰；根据δ_PDB=0.97δ_V-SMOW-30.0换算, 分析精度优于±0.10%。

流体包裹体测定：利用与Leica显微镜相连的Linkam THMSG 2600型冷热台进行测试。在温度校正后, 开始升温速率为5℃/min, 当包裹体中气泡变小, 接近均一时, 升温速率降至1℃/ min, 均一温度测试精度为±1℃。

根据白云岩的显微结构、晶形、结晶(度)大小和阴极发光等特征(Sam, 2006；黄思静等, 2008；强子同, 1998；王丹等, 2010), 在此, 将塔东北库鲁克塔格隆起中的乌里格孜塔格中上寒武统和西加盆地中寒武统惠而浦(Whirlpool point)白云岩初步划分为以下四类白云岩(石)：①粉晶白云岩: 0.02~0.05mm, 常发育纹层、条纹状构造和交代残余结构；一般发暗红色或不发光(图 3a)；②中细晶白云岩: 0.10~0.35mm, 常见到交代残留结构, 重结晶作用较普遍、含微量硬石膏和重晶石(图 3b), 阴极发光中一般发暗红色或不发光；少量发粉红色、玫瑰红色；其中, 雾心亮边白云石：0.10~0.20mm, 镶嵌结构(图 3c), 发暗红色或不发光；或总体较均匀、少量边缘发亮红光；③中粗晶白云岩: 0.50~1.00mm, 偶见交代残留结构, 阴极发光下有二类；一是继承性不发光、二是发亮红、并出现“幻影”构造；④张性剪缝-孔洞中细(图 3d)-中粗(图 3f)-巨晶白云岩与鞍形白云石(图 3e)。其中, 粗-巨晶白云岩(图 3g)洁净, 0.50~2.50mm, 最大为10.00mm, 常为鞍状、叶片状、刃状, 少量为粗-巨晶粒状；角砾状构造；具有二世代胶结, 早世代为犬齿状环边, 残留部分中晶白云岩条带或团块；晚世代叶片状、鞍状白云石充填, 多层交代充填结构(图 3h), 同时, 往往伴生有少量六方柱状双锥石英或粗-巨晶方解石；这反映鞍状白云石形成后, 发生破碎, 部分充填了方解石、有机质；碎裂化后边缘发玫瑰红、环边构造则为暗红与亮红相间；鞍形白云石：呈叶片状、刃状, 0.50~10mm, 波状及扇形消光, 双晶纹和解理缝弯曲变形, 偶见重晶石和硬石膏晶体及油迹；阴极发光特点是：总体发玫瑰红色、暗红色、边缘常发育条带或放射性状的亮红色；一般情况下, 晶体越大、发亮红光愈强(图 3g), 但也有与晶体大小无关、甚至相反。

图 3

Fig. 3

图 3 塔东北乌里格孜塔格剖面中上寒武统和西加盆地Whirlpool point剖面中寒武统E1don组白云岩主要类型 (a)-粉(细)晶白云岩与中晶白云岩(脉)(KZ-29), 单偏(-)；(b)-细晶白云岩及中粗晶白云石(脉)(KZ-13), 第一世代为犬齿状或短叶片状(0.50~1.00mm)、垂直脉壁生长；第二世代为叶片状巨晶(5.00~7.00mm)；第三世代粒状粗晶(0.50~2.00mm)方解石充填, 单偏(-)；(c)-雾心亮边细晶白云石(岩)(KZ-36-1), 发均匀中等至暗红, 晶间溶蚀孔不发光CL；(d)-裂隙充填的中细晶白云岩(KZ-36), 粗-巨晶白云岩交代充填后再次破碎, 沿裂隙充填方解石和硅化, 单偏(-)；(e)-肾状藻的粉细晶白云岩和孔洞缝中鞍形白云石(KZ1-22), 重结晶, 含少量硬石膏和重晶石, 藻层间为等厚纤状、粗晶状的鞍形白云石, 单偏(-)；(f)-晶洞(热液)中晶白云岩(WP-5), 晶洞大小为0.25×0.35mm~0.75×1.00mm, 鞍状、叶片状、巨晶白云石, 波状、扇形消光、双晶纹弯曲；从洞壁向中心相向生长, 残留剩余孔隙, 单偏(-)；(g)-粗晶或巨晶鞍状白云石(WP-6), 粉玫瑰红色, 沿晶体边缘、解理面及微裂隙发亮红色, CL；(h)-裂隙中的鞍状及中晶白云石(WP-2)：裂隙充填从基岩、粒状白云石(晶核)到外为鞍状、粗晶逐次充填, 至少有13层(次), 叶片状白云石0.50~5.00mm、含少量硬石膏和重晶石, 单偏(-) Fig. 3 Typies of dolomites of the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop, Northeast Tarim basin and the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool point in the Western Canada Sedimentary Basin (a)-near-micritic dolostone with veins of medium dolomite, KZ-29; (b)-fine-crystalline dolostone with veins of medium and coarse dolomite, there are at least three generation of cements, the first one consists of caniniform or short leaf-like shape dolomites with vertical growth along the wall of veins; the second compose of leaf-like shape huge crystal dolomite; the third one is formed by granular and coarse crystal calcite; (c)-fine-crystalline and medium dolomite with clear rims and cloudy cores, KZ-36-1, reveals homogeneous medium red and pink to dull colours, nonluminescent for intrecrystalline pore, CL; (d)-fine-crystalline dolostone with coarse and huge crystal dolomite filled in fissures, and later undergone a broken of rocks with calcite filled and silicification, KZ-36; (e)-nephrocytium bearing dolomicrite and fine-crystalline dolostone, bearing-barite and anhydritem, spasmodically, recrystallization, isopachous-fibrous and saddle dolomite overgrowth in algal laminations, KZ1-22; (f)-medium dolomite in cavity (0.25×0.35mm~0.75×1.00mm), saddle, leaf-like, huge curved crystal faces, fan-sweeping extinction, sectoral zoning, bending twins, retaining original pores, WP-5; (g)-coarse and huge curved crystal saddle dolomites, with pink and rose red colors, and bright for edge and rhomb cleavage of dolomite, WP-6, CL; (h)-saddle dolomite and medium matrix dolomite in fissures, which display that the filling taken place from the fine granular dolomite (crystal nucleus) to saddle or coarse crystal (huge curved) in outer side with at least 13 layers recorded, bearing-barite and anhydritem, spasmodically, WP-2

中上寒武统白云岩主要经历了较为早期浅埋藏的基质白云岩化、中深埋藏阶段埋藏期的白云岩化、重结晶作用, 由细粉晶云岩转变为中细晶云岩；晚二叠世海西晚期或晚白垩世至始新世的燕山-喜马拉雅中晚期, 沿兴地断裂的走滑活动造成热卤水作用再循环, 沿压扭-剪切断裂-裂隙面(孙晓猛等. 2006；任战利等. 2009)及缝洞交代沉淀了粗晶及鞍状白云石。晚白垩世至喜马拉雅中晚期, 库鲁克塔格的隆升过程中的断裂-抬升导致再活动有关的断裂角砾岩化, 其成岩序列可归纳为图 4, 详见文中阐述(钱一雄等, 2012)。

图 4

Fig. 4

图 4 塔东北库鲁克塔格乌里格孜塔格剖面中上寒武统白云岩(热液白云石)及孔隙形成与充填示意图 Fig. 4 Paragenetic and sequence of dolomites (and HTD), pores and fractures-filing in the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop, Kuluketage mountain, Northeast Tarim basin

由表 1可见, 在基质白云岩中, 代表陆源碎屑的Al₂O₃变化范围较大、平均值为0.83% (0.26%~1.34%), 反映沉积环境或成岩的Fe₂O₃含量一般＜0.5%, 较为稳定, 平均含量为0.36% (0.26%~0.54%)；代表其主要组成的CaO、MgO分别平均为30.79% (28.80%~32.08%)和19.92% (18.72%~21.36%)。其中, 细晶与中细晶白云石的Mg/Ca=0.43~0.48, 平均为0.46；Sr/Mg=0.0017~0.0024, 平均为0.0020；反映盐度的Na₂O+K₂O两者相近；细晶中Sr含量比中细晶稍高, 前者平均为43.85×10^-6；后者平均为41.17×10^-6(有两个区间, 一是30×10^-6~38.6×10^-6；二是43.85×10^-6~47.18×10^-6)；细晶中Mn含量相对较低, 平均为378.2×10^-6(241.2×10^-6~497.0×10^-6)；中细晶平均为419.6×10^-6(376×10^-6~548×10^-6)。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 塔东北乌里格孜塔格剖面寒武系基质白云岩与热液白云石同位素及铝、铁及锶含量 Table 1 Isotopic composition and major minor and trace elements concentration of specific dolomites for the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper CambrianTereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop Northeast Tarim basin 样品号 层位 白云岩 Al2O3 (%) Fe2O3 (%) Mn (×10-6) Na (%) Sr (×10-6) δ13C PDB (‰) δ18OPDB (‰) Z (盐度指数) 87Sr/ 86Sr KZ-5 ∈3t 中粗晶 -0.3 -9 122.2 0.70994 KZ-29 ∈2m 中粗晶 0.04 0.13 312 0.03 56.27 -1.5 -8.5 120.0 0.710003 KZ-31 ∈3t 中粗晶 -0.6 -8.8 121.7 0.709932 n=3 -0.8 -8.77 121.3 0.709958 KZ-0 ∈3t 鞍状+粗晶 0.4 1.14 754 0.04 49.88 -0.3 -9.4 122.0 0.709675 KZ-7 ∈3t 鞍状+粗晶 -0.3 -8.9 122.3 0.71015 KZ-11 ∈3t 鞍状+中粗晶 -0.8 -6.7 122.3 0.70984 KZ-13-1 ∈3t 鞍状+粗晶 -0.4 -10 121.5 0.709699 n=4 -0.45 -8.75 122.0 0.709841 KZ-1 ∈3t 粗晶 0.05 0.21 502 0.03 37.87 -0.3 -8.8 122.3 0.710133 KZ-34 ∈2m 粗晶 -0.5 -8.8 121.9 0.710029 KZ-2 ∈3t 粗-巨晶 0.02 0.18 498 0.02 35.87 -0.4 -8.9 122.0 0.709773 KZ-25 ∈3t 粗晶+巨晶 -0.3 -8.7 122.4 0.710195 KZ-36 ∈2m 粗晶+巨晶 -0.9 -8.9 121.0 0.709969 n=5 -0.48 -8.82 121.9 0.710020 KZ-4 ∈3t 巨晶(晶洞) 0.03 0.15 536 0.02 29.06 -0.3 -6.5 123.4 0.710046 KZ-6 ∈3t 鞍状(晶洞) -0.4 -9.8 121.6 0.710083 平均值(n=5, 14) 0.11 0.36 520.3 0.03 41.79 -0.52 -8.69 121.9 0.70996 KZ-34-1 ∈2m 细晶 0.52 0.24 44.52 -0.5 -7.2 122.7 0.710384 KZ-36-1 ∈2m 瘤状粉细晶 1.34 0.53 241 0.05 45.7 -0.6 -7 122.6 0.710201 KZ-0-1 ∈3t 细晶 0.31 0.26 462 0.03 42.97 -0.2 -7.4 123.2 0.709846 KZ-2-1 ∈3t 细晶 1.02 0.42 497 0.03 41.45 -0.3 -7.3 123.1 0.711564 KZ-31-1 ∈2m 细晶 0.67 0.29 313 0.02 44.6 -0.5 -7.7 122.4 0.710705 KZ-29-1 ∈2m 细晶(交代) 0.66 0.29 378 0.02 34.98 -0.7 -7.2 122.3 0.710848 n=6 0.7533 0.406 378.2 0.03 42.37 -0.467 -7.3 122.7 0.710591 KZ-25-1 ∈3t 中细(交代) 1.29 0.44 496 0.04 30.56 -0.2 -6.7 123.6 0.711474 KZ-3-1 ∈3t 中细晶 -0.1 -5.7 124.3 0.710501 KZ-6-1 ∈3t 中细晶 0.26 0.23 474 0.02 38.6 -0.1 -8.1 123.1 0.709939 KZ-13-1-1 ∈3t 中细晶 -0.2 -9.8 122.0 0.712649 KZ-5-1 ∈3t 中晶 1.37 0.54 549 0.03 47.18 0.1 -9.1 123.0 0.711759 KZ-3 ∈3t 裂隙中晶 -0.1 -5.9 124.2 0.710464 n=6 0.9733 0.4033 506.1 0.032 38.78 -0.1 -7.55 123.3 0.711131 平均值(n=9, 12) 0.83 0.36 426 0.03 41.17 -0.28 -7.43 123.0 0.71086 注：KZ-乌里格孜塔格样品编号；WP-西加盆地惠而浦样品编号, 下同；Z=a (δ13C+50)+b (δ18O+50), δ13C与δ18O均为PDB值, a=2.048；b =0.490 (Keith, 1964, 转强子同, 1998)

表 1 塔东北乌里格孜塔格剖面寒武系基质白云岩与热液白云石同位素及铝、铁及锶含量 Table 1 Isotopic composition and major minor and trace elements concentration of specific dolomites for the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper CambrianTereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop Northeast Tarim basin

在粗晶-巨晶和鞍状白云石中, Al₂O₃含量较低；其中, 乌里格孜塔格剖面的五个样品中, 除一个样品为0.40%, 其它为0.02%~0.05%；粗晶Mg/Ca=0.42~0.48、比鞍状白云石低(Mg/Ca=0.47~0.49)；在粗晶白云石中, 反映盐度的Na₂O+K₂O稍低；两者的锶Sr变化范围相似, 平均为41.87×10^-6；粗晶中Mn含量相对较低(312×10^-6~501×10^-6)、鞍状白云石Mn含量相对较高(437×10^-6~754×10^-6)；西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面中五个样品中, 除一个样品Al₂O₃含量为0.72%, 其它变化范围为0.01%~0.07%；相对纯净, Mg/Ca=0.48~0.50；Sr / Mg=0.0015~0.0036；反映盐度Na₂O+K₂O=0.03% (WP-5:0.3%)；Sr=28.29×10^-6~33.04×10^-6 (WP-5:77.88×10^-6)；Mn含量最低, 平均为140.5×10^-6(75×10^-6~217.8×10^-6)。

综上所述, 粗晶及鞍状白云岩(石)中的镁含量比基质白云石、惠而浦(Whirlpool point)剖面比乌里格孜塔格剖面中更接近于标准式中的含量(CaO=30.4%、MgO=21.9%)。除个别样品外(WP-5)外, 在粗晶及鞍状与细晶或中细晶基质白云石中, 反映盐度的Na₂O+K₂O、锶含量相似；乌里格孜塔格剖面中的中粗晶白云岩Fe₂O₃含量为0.13%~0.21%(一个样品为1.14%)、中细晶基质白云石为0.22%~0.31%、两者相近。西加盆地的惠而浦(Whirlpool point)剖面中鞍状白云石Mn含量最低、Ti (51.59×10^-6)和P (13.59×10^-6)也为最低；Sr/Mg、Sr/Ca、Fe^*/Mn^*相对较高或最高；乌里格孜塔格剖面中的粗晶-巨晶和鞍状白云石Mn含量最高、而细晶或中细晶白云石界于上述两者之间。基质白云岩比粗晶-巨晶和鞍状白云石相对较高的有P (平均分别为104.5×10^-6与22.61×10^-6)、Ti (平均分别为199.2×10^-6与105.3×10^-6)和Fe^*/Mn^*(平均分别为5371×10^-6和3491×10^-6)以及Co (1.09×10^-6、0.44×10^-6)和V (7.36×10^-6、1.45×10^-6)等, 除了乌里格孜塔格剖面中的一件样品中Fe、Mn含量相对较高, 反映出典型热液来源的特征外, 大多数粗晶-巨晶和鞍状白云石与基质白云石显示出“退色化或净化效应”、反映了向海水至热水(液)具有继承性过渡及埋藏交代作用的特点, 因而, 与西加盆地惠而浦剖面形成环境可能不同。

分析结果表明：细晶与中细晶白云岩δ¹⁸O_PDB=-9.1‰~-5.7‰, 平均为-7.43‰(n=12)；δ¹³C_PDB=-0.1‰~-0.7‰, 平均为-0.28‰ (n=12)；⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.70985~0.71265, 平均为0.71086 (n=12)；粗晶-巨晶和鞍状白云石δ¹⁸O_PDB为-10.0‰~-6.5‰, 平均为-8.69‰ (n=14)；δ¹³C_PDB=-0.3‰~-1.5‰, 平均为-0.52‰(n=14)；⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.70968~0.71019, 平均为0.70996 (n=14)(表 1)。若进一步细分；除KZ-29外, 中粗晶、粗晶、巨晶与粗晶及晶洞中的巨晶与粗晶、鞍状白云石的δ¹³C_PDB平均值为-0.45‰, δ¹⁸O_PDB平均值为-8.6‰, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr平均值为0.7099, 十分相近, 反映为可能为同一流体来源；细晶中平均δ¹³C_PDB=-0.47‰, 比中细晶基质白云岩δ¹³C_PDB=-0.10‰, 偏负；前者⁸⁷Sr/⁸⁶Sr平均为0.7106, 后者为0.7113, 明显偏低, 细晶中的锶含量比中细晶白云岩对应值稍高, 锰含量相反, 两者平均δ¹⁸O_PDB分别为-7.3‰和-7.55‰, 反映中细晶形成受壳源影响更大、温度稍高的埋藏环境(图 5)。

图 5

Fig. 5

图 5 塔东北乌里格孜塔格中上寒武统细晶、中细晶基质白云岩与粗晶与鞍状白云石的氧/碳(a)、氧/锶同位素(b)、锶/锶同位素(c)和锶/锰含量(d)相关图 长方形代表寒武系海水(无脊椎动物胶结物)的值范围(据Symons and Lewchuk, 1998；Veizer, 1999) Fig. 5 Diagram of oxygen and carbon isotopic compositions (a), oxygen isotope versus 87Sr/86Sr (b), Sr content versus 87Sr/86Sr (c) and Sr content versus Mn content (d) of specific dolomite phases for the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop The box represents Cambrian sea water (after Symons and Lewchuk, 1998; Veizer, 1999)

从基质白云岩与巨晶与粗晶、鞍状白云石δ¹³C_PDB-δ¹⁸O_PDB关系图上可见(图 5a, b)：两者为非线性相关, 反映了大气水作用不明显、后者比前者明显负偏(1‰~2‰)、可能是受温度的影响；基质与巨晶与粗晶、鞍状白云石δ¹⁸O_PDB-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的变化趋势不同, 前者总体呈弱的负相关, 后者中的两者关系不大, 且⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值变化范围较小, 且比基质白云岩更靠近当时海水背景值(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7090±0.0002)(Symons and Lewchuk, 1998；Veizer, 1999；陈永权等, 2008), 反映了晶洞与裂隙中的巨晶与粗晶、鞍状白云石流体可能为同一来源、但与基质的成岩流体来源的可能不同(图 5a, b)。

另外, 基质白云岩和巨晶与粗晶、鞍状白云石的Sr含量大部分分布于30×10^-6~55×10^-6, 与海水接近或稍低(图 5a)、具有继承自原始灰岩、且锶(Sr)含量随着埋藏加深而减小趋势, Mn含量总体较高(图 5b), 总体为还原条件；后者含量增加可能主要受热液或热卤水的影响所致。

研究表明：乌里格孜塔格剖面中上寒武统和西加盆地惠而浦(Whirlpool point)中寒武统E1don组白云岩流体包裹体主要发育于中粗晶、巨晶及鞍状白云石和少量孔洞中的石英中, 主要呈以下三种赋存状态：①孤立存在的盐水两相和纯液相盐水溶液包裹体；②沿两组完全解理或微裂隙中边缘发育较多的呈串珠或群分布的盐水两相和纯液相盐水溶液包裹体；③微裂隙有少量含烃类的盐水溶液包裹体和沥青质包裹体。盐水包裹体一般较小, 3~5μm为主, 最大者仅为9~11μm左右；按类型至少可分为两大类4种类型, 即单相盐水溶液包体(WL)、气液两相盐水溶液包体(WL+V)、沥青质(OA)、含液烃类盐水溶液包体(OL+WL+V)(表 2、图 6)。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 乌里格孜塔格和西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面寒武系白云岩中流体包裹体数据表 Table 2 Summary of the microthermometric fluid-inclusion data from the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop and the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool point outcrop, Western Canada Sedimentary Basin 样品号 白云岩 成因 类型 产状 大小 (μm) 气液 比 (%) Tm (℃) Th (℃) %NaCleqv 样品号 白云岩 成因 类型 产状 大小 (μm) 气液 比 (%) Tm (℃) Th (℃) %NaCleqv 样品号 白云岩/ 石英 成因 类型 产状 大小 (μm) 气液 比 (%) Tm (℃) Th (℃) %NaCleqv WP-5 中粗晶 原生 孤立 4.4 5 124.1 Wp-3 巨晶-鞍状 原生 两组(群) 4.1 5 142.3 KZ-31 中粗晶 原生 串珠 3.7 5 110 中粗晶 原生 孤立 2.2 5 124.1 巨晶-鞍状 原生 两组(群) 3.3 5 155.6 中粗晶 原生 孤立 3.5 5 101.4 中粗晶 原生 孤立 3.8 5 103.5 巨晶-鞍状 原生 两组(群) 4.7 5 -8.6 139.7 12.4 中粗晶 原生 孤立 3.9 5 107.1 中粗晶 原生 孤立 3.2 5 130.6 巨晶-鞍状 原生 两组(群) 4 5 129.1 中粗晶 原生 孤立 2.6 5 118.4 中粗晶 原生 孤立 5.6 5 107.6 n=24 135 11.98 中粗晶 原生 孤立 4.4 5 106.2 中粗晶 原生 孤立 4.3 5 112.4 WP-6 鞍状 原生 孤立 3.1 5 150.4 中粗晶 原生 孤立 3.5 5 -17.6 109.6 20.65 中粗晶 原生 解理(串) 2.8 5 97.1 鞍状 原生 群 7 5 140 中粗晶 原生 孤立 4.6 5 -15.4 112 18.95 中粗晶 原生 解理(串) 3.7 5 107.9 鞍状 原生 群 9.1 5 151.2 n=7 109.24 中粗晶 原生 解理(串) 3.4 5 -2.9 100.4 4.7 鞍状 原生 群+串珠 4.8 5 143.1 KZ-36 粗晶 原生 孤立 3.8 5 102.2 中粗晶 原生 孤立 4.1 5 84.6 鞍状 原生 群+串珠 7.3 5 145.4 粗晶 原生 孤立 2.1 5 93 中粗晶 原生 孤立 5.8 5 91.5 WP-7 鞍状 原生 孤立 4 5 -13.1 106 16.98 粗晶 原生 孤立 2.3 5 97.4 中粗晶 原生 孤立 3.7 5 124.8 鞍状 原生 孤立 4.4 5 120 粗晶 原生 孤立 2.8 5 105.2 中粗晶 原生 孤立 3.7 5 -9.8 99.8 13.73 鞍状 原生 孤立 4.1 5 103.4 粗晶 原生 孤立 2.6 5 112.4 n=13 108.34 鞍状 原生 孤立 3.7 5 136.9 粗晶 原生 孤立 2.9 5 92.4 WP1 粗晶-巨晶 原生 孤立 4 5 121.4 鞍状 原生 孤立 3.6 5 120.3 粗晶 原生 孤立 3.1 5 126.2 粗晶-巨晶 原生 孤立 3 5 101.2 鞍状 原生 孤立 3.2 5 145.9 粗晶 原生 孤立 3.4 5 -9.2 99.2 13.08 粗晶-巨晶 原生 孤立 3.7 5 92.6 鞍状 原生 孤立 4.1 5 145.7 粗晶 原生 孤立 2.1 5 -18 103 20.95 粗晶-巨晶 原生 孤立 3.7 5 95.4 鞍状 原生 孤立 4.3 5 116.7 n=9 103.44 粗晶-巨晶 原生 串珠 3.8 5 124.2 鞍状 原生 孤立 3.2 5 115.9 KZ28 粗晶-巨晶 原生 孤立 4.8 5 -6.6 166.3 9.97 n=5 106.96 鞍状 原生 孤立 3.3 5 -6.9 121.4 10.36 KZ29 粗晶+鞍状 原生 孤立 6.7 4 -4.1 136.6 6.52 WP-3 巨晶-鞍状 原生 孤立 6.3 5 125.1 鞍状 原生 孤立 3.7 5 -7.8 123.4 11.46 粗晶+鞍状 原生 孤立 3.7 4 128.8 巨晶-鞍状 原生 孤立 7.3 5 145.8 鞍状 原生 孤立 3.5 5 -12.2 134.7 16.15 KZ-34 粗晶+鞍状 原生 孤立 6.8 5 142.2 巨晶-鞍状 原生 孤立 4.2 5 118.6 n=17 130.6 13.74 粗晶+鞍状 原生 孤立 6.3 5 128.1 巨晶-鞍状 原生 孤立 4.4 5 148 WP-5 中粗晶 次生 孤立 4.4 5 146.2 粗晶+鞍状 原生 孤立 9 5 123.1 巨晶-鞍状 原生 孤立 4 5 134.2 中粗晶 次生 孤立 5.4 5 -3.2 147.8 5.16 粗晶+鞍状 原生 孤立 7.4 5 -6.1 80.9 9.32 巨晶-鞍状 原生 孤立 3 5 159.7 WP-6 鞍状 次生 解理(群) 5 5 149.6 粗晶+鞍状 原生 孤立 4.6 5 -7.5 146.7 11.1 巨晶-鞍状 原生 孤立 7.5 5 124 鞍状 次生 解理(群) 5.8 5 -15.1 137.4 18.7008 KZ35 鞍状 原生 群 4.4 5 -4.8 127.7 7.54 巨晶-鞍状 原生 群+孤立 8.2 5 131.8 鞍状 次生 裂隙 5.2 5 195.4 鞍状 原生 孤立 10.1 5 -3 143.4 4.86 巨晶-鞍状 原生 群+孤立 3.7 5 122.9 鞍状 次生 二组解理+不规则 10 5 147.3 鞍状 原生 孤立 5.8 5 -3.3 134 5.32 巨晶-鞍状 原生 群+孤立 4.2 5 -5.2 158.2 8.098 鞍状 次生 8 5 178.7 n=11 132.53 7.8 巨晶-鞍状 原生 群+孤立 3.8 5 127.4 鞍状 次生 4.9 5 183.9 KZ-34 粗晶+鞍状 次生 沿解理(串) 11.1 5 -9.3 178.2 13.19 巨晶-鞍状 原生 群+孤立 4.1 5 -11.8 128.6 15.76 鞍状 次生 二组 6.9 5 177.8 粗晶+鞍状 次生 沿解理(串) 6 5 150 巨晶-鞍状 原生 群+孤立 3.2 10 110.9 鞍状 次生 二组 6 5 138.1 粗晶+鞍状 次生 沿解理(串) 9.4 5 167.9 巨晶-鞍状 原生 群+孤立 2.4 5 118.4 鞍状 次生 一组解理 7.1 5 -7.5 198.5 11.1005 KZ-36 石英 次生 裂隙(串群) 6.4 10 -11 139.6 14.98 巨晶-鞍状 原生 群+孤立 3.1 5 129.1 鞍状 次生 一组解理 8.4 5 -8.9 142.8 12.7428 石英 次生 裂隙(串群) 5.1 10 -3.6 166.6 5.78 巨晶-鞍状 原生 群+孤立 2.6 10 142.9 鞍状 次生 解理(串) 3.7 5 151.6 石英 次生 沿解理(串) 3.1 5 132.9 巨晶-鞍状 原生 两组(群) 5 10 155.4 WP-7 鞍状 次生 解理(串) 4.7 5 150.3 石英 次生 裂隙(串群) 4.3 5 -8 144 11.7 巨晶-鞍状 原生 两组(群) 3.5 10 -14.1 141.1 17.86 鞍状 次生 解理(群) 3.9 5 -10.9 172.3 14.88 石英 次生 裂隙(串群) 3 5 -7.6 141.8 11.22 巨晶-鞍状 原生 两组(群) 4.2 5 -3.6 126.8 5.78 鞍状 次生 解理(群) 4.6 5 170.4 石英 次生 裂隙(串群) 4.4 10 -13.4 164 17.25 巨晶-鞍状 原生 两组(群) 4.3 10 123.9 n=16 161.8 12.52 n=9 153.89 12.35

表 2 乌里格孜塔格和西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面寒武系白云岩中流体包裹体数据表 Table 2 Summary of the microthermometric fluid-inclusion data from the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop and the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool point outcrop, Western Canada Sedimentary Basin

图 6

Fig. 6

图 6 塔东北乌里格孜塔格和西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面中的寒武系白云岩中的流体包裹体 (a)-WP3-5, 巨晶-鞍状白云石, 群状分布的WL、WL+V；(b)-Wp-6-3, 鞍状白云石, 群状不规则的WL、WL+V及OL+WL+V；(c)-KZ-29-1, 巨晶-鞍状白云石, 两组解理中的群状不规则的WL、WL+V；(d)-KZ-34-1, 粗晶-鞍状白云石, 长条WL+V和不规则WL；(e)-KZ-35-1, 鞍状白云石, 群状不规则的WL、WL+V及OL+WL+V；(f)-KZ-36-2, 石英, 沿裂隙的串珠状WL+V, OL+WL+V或OA Fig. 6 Photomicrographs showing various occurrence of fluid inclusions in dolomite phases of the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop, Northeast Tarim and the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool point of in the Western Canada Sedimentary Basin Some inclusions indicated by arrows on photomicrographs. (a)-Wp3-5, huge crystal-saddle dolomite, one (WL) or two-phase aqueous inclusions (WL+V) distributed along edge of a cloudy core; (b)-Wp-6-3 saddle dolomite, WL, WL+V or OL+WL+V irregular cluster distributed; (c)-KZ-29-1, huge crystal-saddle dolomite, WL, WL+V or OL+WL+V irregular cluster distributed along the two series of cleavages; (d)-KZ-34-1, coarse and saddle dolomite, rectangle WL+V, and randomly distributed of WL; (e)-KZ-35-1, irregular cluster distributed WL, WL+V and OL+WL+V; (f)-KZ-36-2, quartz, WL, WL+V or OL+WL+V irregular cluster distributed along the fissures

本次研究测量了乌里格孜塔格剖面中6件样品(37件气液两相盐水包裹体)及西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面5件样品(75件气液两相盐水包裹体)的均一温度(共112点)和冰点(33点)；并根据盐度与冰融点温度关系式: NaCleqv (%)=1.78Tm-0.042Tm² +0.000557Tm³来估算了盐度(如表 2、图 7)。

图 7

Fig. 7

图 7 塔东北乌里格孜塔格剖面(a)和西加盆地惠而浦(Whirlpool point)(b)寒武系白云岩中流体包裹体均一温度值 Fig. 7 Histograms of homogenization temperatures data from fluid inclusions in the dolomite phases of the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop (a) and Northeast Tarim basin and the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool point (b)

对不同矿物、贮存状态、产状的流体包裹体均一温度与盐度分类统计表明(表 2)：乌里格孜塔格剖面：①中粗晶白云石：均一温度平均为109.24℃(n=13), 变化范围为101.4~118.7℃, 盐度为18.95%NaCleqv、20.65%NaCleqv；②粗晶白云石：均一温度平均为103.44℃(n=9), 变化范围为93~126.2℃；③粗晶-鞍形白云石：均一温度平均为132.53℃(n=11), 变化范围为80.9~166.3℃, 盐度平均为7.8%NaCleqv；大致可划分二个温度区间：一是123.1~136.6℃；二是142.2~166.3℃；④裂隙中鞍形白云石与石英：均一温度平均为153.89℃(n=9), 变化范围为132.9~178.2℃, 盐度平均为12.35%NaCleqv。

在西加盆地惠而浦剖面中：①中粗晶白云石：均一温度平均为108.34℃(n=13), 变化范围为84.6~130.6℃, 盐度为4.7%NaCleqv、13.7%NaCleqv；②粗晶-巨晶白云石：均一温度平均为106.97℃(n=5), 变化范围为92.6~121.4℃；③巨晶-鞍形白云石：均一温度平均为135℃(n=24), 变化范围为110~159.7℃, 盐度平均为11.98%NaCleqv：大致可划分三个温度区间：一是92.6~121.4℃；二是121.4~145.8℃；三是145.8~159.7℃；④鞍形白云石：均一温度平均为130.6℃(n=17), 变化范围为103.4~151.2℃, 盐度平均为13.74%NaCleqv；⑤裂隙中次生+鞍形白云石：均一温度平均153.89℃(n=17), 范围为137.4~198.5℃, 盐度平均为12.52%NaCleqv。

在乌里格孜塔格剖面, 除WZ-28外, 均一温度为136.6℃, 盐度为6.52%NaCleqv；中粗晶白云岩均一温度相对较低( < 115℃)、且盐度相对较高、变化较大(6.52%~21%NaCleqv)；鞍形白云石温度变化为120~150℃, 盐度相对较小、变化相对不大(5%~12%NaCleqv)；粗-巨晶白云岩相似、但温度较高(135~170℃)；裂隙中鞍形或粗巨晶白云岩温度更高, 变化范围为140~180℃, 盐度5%~18%NaCleqv)(图 8a)。

图 8

Fig. 8

图 8 塔东北乌里格孜塔格剖面寒武系白云岩(a)和西加盆地惠而浦(Whirlpool point)寒武系白云岩剖面(b)与流体包裹体均一温度值与盐度(冰点)相关图 Fig. 8 Plot of homogenization temperature versus Tm, %NaCleqv for fluid inclusions in dolomite of the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool point (b) and the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop, Northeast Tarim basin (a)

在西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面：中粗晶白云岩均一温度相对较低, 仅为100℃、且盐度较低、变化较大(4%~13.7%NaCleqv), 鞍形或粗巨晶白云岩温度变化为130~165℃, 盐度变化较大、大致有三个区间：①5%~8%NaCleqv；②10%~15%NaCleqv；③15%~18%NaCleqv。裂隙中鞍形或粗巨晶白云岩温度相对较高, 为140~200℃, 盐度值同上, 分布于以上三个区间(图 8b)；分别为海水盐度的1~2.倍、2.5~3.5倍和4~4.5倍。

在乌里格孜塔格剖面中, 细晶及中细晶基质白云岩轻稀土总量平均为14.73×10^-6(8.41×10^-6~20.57×10^-6), 重稀土总量平均为4.11×10^-6(2.73×10^-6~6.55×10^-6), 稀土总量平均为18.84×10^-6(11.13×10^-6~27.12×10^-6), LREE /HREE平均为3.66(2.84~4.39)；δEu平均为0.66(0.58~0.72)、δCe平均为0.81(0.75~0.89)；其中, 中细晶白云岩的轻、重稀土及两者之比均比细晶白云岩的对应值低, 但δEu、δCe的平均值相似。中粗晶-鞍状和晶洞中的巨晶-鞍状白云石的轻稀土平均为11.82×10^-6, 变化范围6.55×10^-6~16.72×10^-6；重稀土平均为3.26×10^-6, 变化范围1.76×10^-6~4.037×10^-6；稀土总量平均为15.08×10^-6, 范围为8.31×10^-6~20.71×10^-6；LREE /HREE平均为3.61(3.03~4.19)；δEu平均为0.70(0.66~0.77)、δCe平均为0.78(0.74~0.80)；其中, 晶洞中的巨晶-鞍状白云石的轻、重稀土、总量及LREE /HREE比中粗晶-鞍状白云石的对应值低, 两者δEu、δCe有相当大的差异(表 3、表 4)。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 乌里格孜塔格和西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面寒武系白云岩中稀土元素数据表(×10-6) Table 3 Summary of the rare elements data from the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop and the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool point outcrop, Western Canada Sedimentary Basin 剖面 样品号 层位 白云岩 LREE HREE ∑REE L/H Eu/Eu* Ce/Ce* (La/Yb)N (La/Sm)N (La/Lu)N (Gd/Lu)N (Gd/Yb)N (Ce/Yb)N 乌兹里塔格 剖面 KZ-29 ∈2m 中粗晶 16.72 3.99 20.71 4.19 0.77 0.79 17.74 5.54 19.83 2.44 2.18 10.28 KZ-0 ∈3t 鞍状+粗晶 12.38 3.34 15.72 3.7 0.71 0.74 15.21 5.62 15.45 1.91 1.88 8.1 KZ-1 ∈3t 粗晶 13.79 4.03 17.82 3.42 0.68 0.79 13.11 4.84 14.1 2.14 1.99 7.8 n=3 14.30 3.79 18.08 3.77 0.72 0.77 15.35 5.33 16.46 2.16 2.02 8.73 KZ-2 ∈3t 粗巨晶 9.66 3.18 12.84 3.03 0.67 0.77 11.23 4.71 11.67 1.83 1.76 6.43 KZ-4 ∈3t 巨晶(晶洞) 6.55 1.76 8.31 3.73 0.66 0.8 14.41 4.97 15.67 2.15 1.97 8.62 n=2 8.11 2.47 10.58 3.38 0.67 0.79 12.82 4.84 13.67 1.99 1.87 7.53 平均值(n=5) 11.82 3.26 15.08 3.61 0.7 0.78 14.34 5.14 15.34 2.09 1.96 8.25 惠而浦 (Whirlpool point) WP-8 ∈2 条带中粗晶 0.85 0.24 1.09 3.59 0.88 0.95 9.33 4.71 12.6 2.17 1.6 6.5 WP-2 ∈2 鞍状 1.34 0.61 1.94 2.21 0.88 0.93 6.37 2.25 5.4 1.57 1.86 4.91 WP-5 ∈2 鞍状 3.84 0.9 4.74 4.26 0.77 0.81 10.76 5.66 10.54 1.13 1.15 6.28 WP-4 ∈2 中粗晶(晶洞) 1.09 0.47 1.56 2.34 1.11 0.92 8.19 2.03 8.24 3.1 3.08 6.61 WP-6 ∈2 鞍状(晶洞) 1.16 0.49 1.65 2.36 1.05 0.92 6.04 1.98 5.18 1.92 2.23 4.86 平均值(n=5) 1.66 0.54 2.2 2.95 0.94 0.91 8.14 3.32 8.39 1.98 1.99 5.83 乌兹里塔格 剖面 KZ-34-1 ∈2m 细晶(交代) 12.49 3.53 16.02 3.54 0.66 0.82 12.1 4.99 12.4 1.75 1.71 7.47 KZ-36-1 ∈2m 粉细晶(交代) 20.57 6.55 27.12 3.14 0.72 0.89 8.75 3.74 9.16 1.72 1.64 6.17 KZ-0-1 ∈2m 细晶 13.76 3.45 17.21 3.99 0.65 0.81 14.25 5.24 13.73 1.7 1.77 8.4 KZ-2-1 ∈3t 细晶 17.47 3.98 21.45 4.39 0.65 0.77 15.66 6.38 15.18 1.61 1.66 8.67 KZ-31-1 ∈2m 细晶 18.04 4.83 22.87 3.73 0.67 0.83 13.76 4.74 12.7 1.98 2.14 8.75 n=5 16.47 4.47 20.93 3.76 0.67 0.82 12.90 5.02 12.63 1.75 1.78 7.89 KZ-25-1 ∈3t 中细晶 16.31 5.73 22.04 2.84 0.68 0.82 8.26 3.65 7.96 1.5 1.56 5.3 KZ-29-1 ∈2m 中细晶 8.41 2.73 11.13 3.08 0.64 0.85 9.03 4.49 8.66 1.42 1.48 5.78 KZ-6-1 ∈3t 中细晶(灰) 10.4 2.53 12.93 4.12 0.58 0.76 15.38 6.34 15.62 1.69 1.66 8.25 KZ-5-1 ∈3t 中晶 15.1 3.7 18.8 4.08 0.71 0.75 14.32 6.28 14.08 1.49 1.52 7.63 n=4 12.56 3.67 16.23 3.53 0.65 0.80 11.75 5.19 11.58 1.53 1.56 6.74 平均值(n=9) 14.73 4.11 18.84 3.66 0.66 0.81 12.39 5.09 12.16 1.65 1.68 7.38

表 3 乌里格孜塔格和西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面寒武系白云岩中稀土元素数据表(×10-6) Table 3 Summary of the rare elements data from the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop and the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool point outcrop, Western Canada Sedimentary Basin

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 塔东北乌里格孜塔格与西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面寒武系白云岩稀土元素含量(×10-6) Table 4 Analysis results and ratios of rare earth elements of dolomite of the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop, Northeast Tarim basin and the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool point outcrop (×10-6) 剖面 类型 LREE HREE ΣREE L/H Eu/Eu* Ce/Ce* 乌里格孜 塔格 细晶(n=5) 16.47 4.47 20.93 3.76 0.67 0.82 变化范围 12.49~20.57 3.45~6.55 16.02~27.52 3.14~4.39 0.65~0.72 0.77~0.89 中细晶(n=4) 12.56 3.67 16.23 3.53 0.65 0.80 变化范围 8.41~16.31 2.53~5.73 11.13~22.04 2.84~4.12 0.58~0.71 0.75~0.85 n=9 14.73 4.11 18.84 3.66 0.66 0.81 中粗晶-鞍状(n=3) 14.30 3.79 18.08 3.77 0.72 0.77 变化范围 12.38~16.72 3.34~4.03 15.72~20.71 3.42~4.19 0.68~0.77 0.74~0.79 晶洞巨晶(n=2) 8.11 2.47 10.58 3.38 0.67 0.79 变化范围 6.55~9.66 1.76~3.18 8.31~12.84 3.03~3.73 0.66~0.67 0.77~0.80 n=5 11.82 3.26 15.08 3.61 0.70 0.78 惠而浦 (Whirlpool point) 巨晶鞍形(n=5) 1.66 0.54 2.2 2.95 0.94 0.91 变化范围 0.85~3.84 0.24~0.90 1.09~4.74 2.21~4.26 0.77~1.11 0.81~0.95 注：球粒陨石标准化据Boynton (1984)

表 4 塔东北乌里格孜塔格与西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面寒武系白云岩稀土元素含量(×10-6) Table 4 Analysis results and ratios of rare earth elements of dolomite of the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop, Northeast Tarim basin and the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool point outcrop (×10-6)

西加盆地的惠而浦(Whirlpool point)剖面中巨晶鞍形白云石的轻、稀土总量分别平均为1.66×10^-6(0.85×10^-6~3.84×10^-6), 0.54×10^-6(0.24×10^-6~0.90×10^-6), 稀土总量平均为2.20×10^-6(1.09×10^-6~4.74×10^-6), LREE /HREE平均为2.95(2.21~4.26)；δEu平均为0.94(0.77~1.11)、δCe平均为0.91(0.81~0.95)(表 3、表 4)。

在乌里格孜塔格剖面中, PAAS标准化(McLennan, 1989)模式上, 细晶与中细晶基质白云岩与脉体(或晶洞)中的巨晶-鞍状白云石的轻稀土、重稀土及总量相近、且前者比后者稍高。与原始灰岩的白云岩化不会显著改变原岩的稀土元素组成相类似, 白云岩的稀土元素配分型式也基本上代表了原始海水的稀土元素特征, 大多呈“帽型”配分模式；重结晶或交代作用可能会使稀土总量稍有降低, 样品间的稀土配分特征差异小, 总体为继承性特征(图 9a, b)；且细晶与中细晶基质白云岩与脉体的(或晶洞)中的巨晶-鞍状白云石δEu、δCe均为中偏负异常, 反映铕亏损相对稍明显、亚氧化或更弱还原条件环境；惠而浦(Whirlpool point)剖面中ΣREE较低、无或正δEu异常, 反映了陆源碎屑物含量(粘土及酸不溶物)较少, 相对较纯(图 9c, d)。

图 9

Fig. 9

图 9 乌里格孜塔格中上寒武统细晶基质白云岩(a)、中细晶基质白云岩(b)、中寒武统粗晶-鞍形白云石(c)和西加盆地惠而浦(Whirlpool point)中寒武统粗晶-鞍形白云石(d) PAAS标准化稀土元素配分图(PAAS数据引自McLennan, 1989) Fig. 9 The distribution patterns of rare earth elements of fine-crystalline matrix dolomite (a), fine-medium crystalline matrix dolomite (b), coarse crystal and saddle dolomite (c) from the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop, Northeast Tarim, and coarse crystal and saddle dolomite from the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool points (d) (PAAS data after McLennan, 1989)

综上所述, 在乌里格孜塔格剖面中, 中粗晶-鞍状与细晶白云岩的轻稀土、重稀土及总量及配分样式比较相似, 总体为继承性特征。其中, 细晶、中细晶均呈“帽”型模式, 但后者比前者略低(图 9a, b)；而粗晶及鞍形白云石为主白云岩为既有相对高的δEu正异常、弱的δCe负异常、重稀土元素略为亏损的右倾模式(KZ-29)；又有弱δEu正异常、弱δCe负异常较平坦型(KZ-4)和相对高的δEu正异常、弱δCe负异常、轻稀土元素略为亏损的左倾模式(KZ-2)(图 9c)。来自于惠而浦(Whirlpool point)剖面中(图 9d), 热液白云岩的轻稀土、重稀土及总量均较低、δCe为较弱的负异常或无异常, δEu为正高异常、PAAS稀土元素配分图则较为复杂；有以下三种情形：①较高的δEu正异常、弱δCe负异常、轻稀土元素略为亏损的左倾模式(WP-2、4、6)；②较高的δEu正异常、弱δCe负异常、中稀土元素富集的“M型”模式(WP-8)③弱的δEu正异常、弱δCe负异常较平坦型(WP-5)。而帽形”配分模式被认为是与磷块岩、条带状赤铁矿等中富铁的环境沉积中海水中铁氧化物或陆源碎屑有关、右倾推断可能是潮上带的交代产物(陈永权等, 2008)。乌里格孜塔格粗晶及鞍形白云石为主的白云岩既有部分继承特征、又有热液白云岩的的部分特征, 反映了其流体来源的复杂性, 这均与热液作用所导致较显著的δCe、δEu负异常情形不同(张学丰等, 2008), 可能还与流体参与反应的介质环境与作用过程有关。

为了评价中稀土元素富集程度, 定义PAAS标准化后的中稀土元素MREE (Gd, Tb, Dy, Ho)与稀土元素总量ΣREE的比值为中稀土元素富集系数(McLennan, 1989)。乌里格孜塔格剖面中的细晶白云岩为0.260~0.289(平均为0.277, n=5)、中细晶白云岩0.263~0.301(平均为0.283, n=4)、粗晶及鞍形白云石为主白云岩0.279~0.297(平均为0.286, n=5)；西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面中的热液白云岩为0.254~0.324(平均为0.289, n=5)；总体来看, 从细晶、中细晶粗晶及鞍形白云石及热液白云岩的中稀土的富集程度呈缓慢增加、且与其有序度δ呈近似的线性相关(图 10)。

图 10

Fig. 10

图 10 乌里格孜塔格中上寒武统和西加盆地惠而浦(Whirlpool point)中寒武统白云岩MREE/ΣREE与有序度δ关系图(PAAS数据引自McLennan, 1989)) Fig. 10 Plot of MREE/ΣREE and δ in dolomite from the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop and the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool points (PAAS data after McLennan, 1989)

全球寒武系灰岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7095±0.0005；典型的寒武系海水为⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7090±0.0002；而寒武系藻礁灰岩和泥盆系礁相⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7097±0.0017(Symons and Lewchuk, 1998；Veizer, 1999)。白云岩化和其重结晶过程都是锶Sr不断丢失的过程(黄思静等, 2006), 同时也使得地层流体中锶Sr不断富集, 因而热水中所沉淀的白云石含有较高锶。

从图 5d可见：细晶、中细晶云岩中的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr与Sr含量不呈线性关系, 可能受重结晶作用影响较小, 且⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值变化范围较大(0.7097~0.7115)、但Sr含量变化较小(30×10^-6~35×10^-6)；而中粗晶-巨晶、鞍形白云石相对分散, 其中, 巨晶或晶洞的鞍形白云石中Sr含量最低、且⁸⁷Sr/⁸⁶Sr接近0.7100；而粗晶或鞍形白云石中Sr含量相对较高(50×10^-6~58×10^-6)、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (0.7098), 均高于陈永权等(2008)估算的海水平均值(0.709072)、但接近寒武系灰岩值0.7097~0.7100(Veizer, 1999)；总体来看, 无论是细晶、中细晶、粗晶、巨晶或鞍状白云石(岩)大多显示继承原始灰岩的锶同位素特征, 反映了交代为主的特征, 但部分又具有陆源放射性来源流体叠加作用改造的特征, 而粗晶-巨晶、鞍形白云石的锶含量不减而升, 且其⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值比细晶、中细晶更接近寒武系灰岩值, 因而不支持是由细晶通过重结晶作用而成为粗晶、巨晶或鞍形白云石的推论。

如3.3所述, 乌里格孜塔格剖面中的中上寒武统的中粗晶白云石、粗晶-巨晶白云石至巨晶-鞍形白云石、鞍形白云石或裂隙中次生+鞍形白云石中的流体包裹体的均一温度总体呈升高的趋势, 但盐度变化十分复杂, 以WZ-29、-31中粗晶白云岩为例, 其盐度分别为6.52%NaCleqv和18.95%~20.65%NaCleqv；均一温度分别为136.6℃和109.6~112℃, δ¹⁸O_PDB分别为-8.5‰和-8.8‰；WZ-34粗晶、鞍形白云石, 其盐度为9.32%~11.1%NaCleqv；均一温度相差较大, Tm=80.9℃或143.4℃, 其δ¹⁸O_PDB=-8.8‰, WZ-36粗晶与巨晶白云岩, 盐度为13.8%和20.95%NaCleqv；但均一温度较低, Tm=99.2~103℃, 而其δ¹⁸O_PDB=-8.9‰, 总体来看, 流体的盐度和δ¹⁸O_PDB无线性的协变关系, 且δ¹⁸O_PDB变化范围不大, 一方面可能反映了白云岩流体经历了类似的水-岩反应或成岩演化, 具有对应的稳定同位素特征。另据刘永福等(2008)对塔参1、古城2和米兰1井寒武系白云岩的塔参1、古城4、罗西1、英东2和米兰1井寒武系热液白云岩的同位素分析表明：前者δ¹⁸O_PDB=-6‰~-4‰、δ¹³C_PDB=-3‰~0‰；后者δ¹⁸O_PDB=-15‰~-10‰、δ¹³C_PDB=＞~0‰；而此, 粗晶、鞍形白云石δ¹⁸O_PDB=-10‰~-6.7‰(平均-8.8‰)、δ¹³C_PDB=-0.9‰~-0.3‰(平均-0.45‰)；陈永权等(2008)对英买7井估算寒武系海水的δ¹⁸O_PDB=-8.7‰~-8.2‰、δ¹³C_PDB=-1.2‰~1.2‰；因此, 与典型热液白云岩相比, 乌里格孜塔格中上寒武统粗晶-巨晶及鞍形白云石其氧同位素相对偏高；但从低、中及高盐度的流体的同时存在, 中低盐度可能指示了有循环的大气降水的渗滤作用, 反映白云岩形成过程中流体介质与形成过程中的复杂性, 其中, 粗晶、巨晶及鞍状白云石的仍以中高盐度的流体中的沉淀为主；而目前地层中缺乏蒸发相沉积环境的证据, 因而推断：这种相对高盐度的流体可能沿不整合面或断裂带下渗的大气降水在渗透性粉细晶白云岩中发生缓慢运移, 在中深埋藏条件下能与围岩发生了充分的同位素分馏和水岩反应, 使流体δ¹³C值与围岩(海水)接近, 因而比正常海水盐度高的浓缩海水相对富集¹⁸O (Green and Mountjoy, 2005)。

如前文所述(钱一雄等, 2012)：在乌里格孜塔格剖面中, 中上寒武统的细晶、中细晶白云石δ值为0.63~0.73, 中粗晶白云石δ值为0.76~0.89；鞍形白云石或粗晶白云石δ值为0.84~0.95；采用Abell and Mcclory (1986)的T=16.9-4.2(δ¹⁸O_s-δ¹⁸O_w)(Cicero and Lohmann, 2001), 若假设δ¹⁸O_w(PDB)分别为0‰、-5‰、-8.5‰(参阅3.3和4.3前述)为当时的古海水的氧同位素值, 则可计算出同期的碳酸盐岩(方解石)结晶的古温度。白云石细晶生成的平均温度为47.6℃、26.6℃和14℃；中细晶白云石的平均生成温度为55.12℃、27℃和15℃。因此, 取δ¹⁸O_w(PDB)为0‰相对合理些, 但由于白云岩化本身是动态的成岩作用过程, 在此运用白云岩氧同位素探讨其形成温度仅供参考。而流体包裹体的均一测温表明：中粗晶白云岩均一温度为108.3℃左右、鞍形白云石温度变化为120~150℃, 粗-巨晶白云岩温度较高(135~170℃)；裂隙中鞍形或粗巨晶白云岩温度更高, 变化范围为140~180℃。据此, 可初步推断其白云岩的成岩演化序列：泥晶灰岩-浅埋藏的白云岩化作用-粉细晶白云岩-中浅埋藏作用-中细晶白云岩-深埋藏的中粗晶-断裂与热液作用或埋藏地层的热卤水作用-粗巨晶或鞍形白云石形成, 其主要流体作用过程可归纳为如图 11所示的三个主要白云石化(岩)作用过程。

图 11

Fig. 11

图 11 乌里格孜塔格中上寒武统白云岩(石)的温度与δ18OPDB(‰)对应值相关图 Fig. 11 Plot of temperature vs. δ18O diagenetic fluid for various δ18O dolomite values reconstructed from the equation 103lnα=3.2×106T-2-3.3 (Land, 1983), in the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop

另外, 塔东北乌里格孜塔格剖面的“热液白云岩”没有其地层的专属性, 从上震旦统冰碛岩、下寒武统西山布拉克组至上寒武统-下奥陶统的突尔沙克塔克组均见到相似的热液白云岩, 因此, 推断上述呈一定规模分布的白云岩化作用主要受断裂-热流体作用所致。

研究表明：库鲁克塔格隆起至少经历了两次隆升过程, 分别是海西期和晚白垩世以来燕山两期重要的构造运动, 主构造变形期为早海西期, 以褶皱及与之相伴的逆冲断裂为主要变形样式(任战利等, 2009)。结合前述对乌里格孜塔格剖面中的中上寒武统多种白云岩类型形成条件及过程的分析, 提出了其经历的主要地质过程与成岩流体作用为主线的演化史和白云岩(石)类型形成示意图(图 12)。

图 12

Fig. 12

图 12 乌里格孜塔格剖面中上寒武统地质过程与成岩流体作用演化和白云岩(石)类型形成示意图(地温梯度为35℃/km；据任战利, 2009) Fig. 12 Diagram showing dolomitization and fluid evolution and related-orogenic events for the Middle Cambrian Moheshan Group and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga outcrop with a 35℃/km geothermal gradient (after Ren et al., 2009)

通过对塔东北库鲁克塔格隆起乌里格孜塔格剖面、并与西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面的中上寒武统多类型白云岩的岩石学、地球化学及流体包裹体的对比研究, 明确了乌里格孜塔格中上寒武统大致经历了三期的白云石(岩)化作用事件：①成岩早期-浅埋藏的粉细-中细晶白云岩交代与重结晶作用, 形成了细晶及中细晶白云岩；②中等(深)埋藏期的中细晶、中粗晶白云岩化作用；③沿裂隙或溶洞形成的粗-巨晶或鞍形白云石, 其形成与沿走滑断裂带的富镁的循环-扩散与交代的地层热卤水流体有关的白云石化。

第一期的成岩早期-浅埋藏的粉细晶、中细晶白云岩：相对低的锶含量, 相对低的锰含量和较低的铁含量, 但中细晶均比粉细晶中的锰与铁含量要高；δ¹³C接近零(-0.28‰~-0.47‰), δ¹⁸O_PDB相对负偏, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr相对最高(0.71085~0.71086)；REE相对较高、δEu负偏明显、δCe弱负偏, 估算的形成温度相对最低；

第二期中深埋藏期的中细晶和中粗晶白云岩：较高的锶含量, 较低锰含量和最低的铁含量, δ¹³C_PDB负偏明显, δ¹⁸O_PDB相对负偏, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr较高；REE较高, δEu和δCe均为中等负偏；均一温度相对高(平均为108.34℃), 盐度变化较大；

第三期的白云岩化形成的粗-巨晶或鞍形白云石：相对低的锶含量, 相对中高的锰含量和最高的铁含量, δ¹³C接近零(-0.5‰±), δ¹⁸O相对负偏, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr最低、但高于同期海水平均值、但接近灰岩平均值；REE相对较低, δEu和δCe均为中等负偏；鞍形及粗-巨晶白云石中均一温度相对较高(120~180℃)、以中高盐度环境为主。

与西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面典型的热液白云岩相比较, 乌里格孜塔格剖面中的粗-巨晶或鞍形白云石的稀土总量、轻重稀土比均要高得多, 但有序度、δEu、δCe、形成温度范围相对低一些；其岩相学、元素组成、和盐水包裹体中的温度、盐度等十分相似、但同位素更接近于浓缩海水胶结的白云岩, 呈现出与西加盆地既具有相似又有不同的热液流体作用的特点；因而推断热液白云岩化可能主要来源于沿深部伸展走滑-再循环的地层热卤水, 与海西晚期及燕山期-喜马拉雅期的强烈挤压后弱伸展引起的走滑-剪切断裂(裂隙)等多期构造-成岩的改造作用密切相关。